L’adiponectine (Adipo), produite par le tissu adipeux, joue un rôle dans le métabolisme (insulino-sensibilité). AdipoR1 et AdipoR2 sont ses récepteurs. Dans l’ovaire, l’Adipo s’exprime surtout dans les cellules de la thèque alors qu’AdipoR1 et AdipoR2 sont aussi présents dans les cellules de la granulosa, chez la femme, la rate et la poule. L’Adipo augmente, in vitro, la synthèse de progestérone (P4) et d’oestradiol (E2) induite par l’IGF-1. Les voies de signalisation MAPK (p38 et ERK) et de l’AMPK peuvent être activées par l’Adipo. Des fortes concentrations de glucose entraînent, in vitro, dans des cellules de la granulosa et in vivo, chez des rates diabétiques (Streptozotocine), la baisse de la production de P4 et de E2. Le glucose ne modifie pas l’expression d’AdipoR1/R2. En conclusion, l’Adipo, présente dans l’ovaire peut réguler la stéroïdogenèse. Elle pourrait être un lien entre le métabolisme et la reproduction. / Adiponectin (Adipo), produced by adipose tissue, plays a role in metabolism. This adipokine has insulin-sensitizing properties. Adipo has two receptors, AdipoR1 and AdipoR2. If Adipo is mainly expressed in theca cells, its receptors expression are also present in granulosa cells in ovary of woman, hen and rat. Adipo increases, in vitro, IGF-1-induced progesterone (P4) and oestradiol (E2) production, in granulosa cells. It can also activate the signalling pathway of MAPK (p38 and ERK) and AMPK. High levels of glucose reduce P4 and E2 production in primary rat granulosa cells and in diabetic rat (streptozotocin treatment). Furthermore, adiponectin receptors are not regulated by glucose, in rat ovarian cells. Then, Adipo can modulate ovarian steroidogenesis and could be a link between metabolism and reproduction.

Le suivi de la qualité de l'eau a été d'une grande importance depuis ces dernières décennies afin de trouver des solutions de contrôler la contamination de l'eau, induite en grande partie par les activités agricoles et industrielles. Bien que les méthodes conventionnelles, comme la chromatographie, sont des outils très précis et sensibles, un intérêt grandissant a été placé sur des techniques prometteuses qui peuvent être utilisées sur site, sont bas coût, et offrent la possibilité d'effectuer des analyses rapides. Le travail présenté ici est dédié au développement de composant Laboratoire sur Puce pour l'analyse de la toxicité de l'eau. Il consiste en un système portable pour la détection sur site et offre la possibilité d'une double détection complémentaire : optique et électrochimique. Comme la partie dédiée au capteur électrochimique a préalablement été validée, cette étude est focalisée sur l'implémentation d'un biocapteur électrochimique basé sur l'utilisation d'une algue, pour la détection de polluants dans l'eau. Le principe basique de détection consiste au suivi de changements de l'activité métabolique d'algues induits par la présence d'herbicides. La réponse de l'algue est différente pour chaque concentration d'herbicide dans un échantillon examiné. Deux herbicides sélectionnés affectent l'activité photosynthétique de l'algue et par conséquent, induisent des modifications dans la quantité des espèces électroactives produites par l'algue : O2, H2O2 et H3O+/OH-. Avant le développement du composant final type Laboratoire sur Puce, les principes de détection aussi bien que les matériaux d'électrode qui vont être intégrés, ont été validés en utilisant un type de composant plus simple, qui a été réalisé grâce aux technologies de fabrication silicium et qui a été caractérisé par des procédures plus simples. Une puce sur silicium contenant un microsystème électrochimique intégrant trois électrodes a été mis en place. Une fois validés, les matériaux de détection et les configurations choisis précédemment ont été utilisés pour la fabrication des composants Laboratoire sur Puce. Les composants Laboratoire sur Puce ont été ensuite utilisés pour des tests biologiques afin de détecter les herbicides d'intérêt. Une attention spéciale a été placée sur le suivi de O2 comme indicateur de la présence d'herbicide, étant donné que cet élément est le plus représentatif de modifications de l'activité métabolique. Un effet d'inhibition sur la photosynthèse, dépendant de la concentration de l'herbicide a été démontré. La détection de l'herbicide a été réalisée avec une grande sensibilité et sur une gamme couvrant la limite de concentration maximale acceptable imposé par le gouvernement canadien. / Water quality assessment has attracted wide attention during the last decades in order to find ways to control contamination of water bodies induced, in a big part, by agricultural and industrial activities. Although conventional techniques, such as chromatography are highly accurate and sensitive tools, increasing interest has been placed lately to powerful alternative techniques that can be used on field, are cost-effective and offer the possibility of conducting rapid analysis. The present work was therefore dedicated to the development of a lab-on-chip device for water toxicity analysis. It consists in a portable system for on-site detection and aims at offering the possibility of conducting double complementary detection: optical and electrochemical. Since the optical sensor is already validated, this study focused on the implementation of the algal-based, electrochemical biosensor for detection water contaminants. The basic detection principle consists in monitoring disturbances in metabolic activities of algae induced by the presence of the herbicides. Algal response is different for each herbicide concentration in the examined sample. The two selected herbicides affect algal photosynthetic activity and consequently induce modifications in the quantity of electroactive species, O2, H2O2 and H3O+/OH- ions related to pH, produced by algae. Prior to the development of the final lab-on-chip device, the detection principle as well as the electrode materials that were going to be integrated were validated using a simpler device that was implemented using a silicon-based fabrication technology and was characterized using simpler procedures. A silicon chip containing the integrated three-electrode electrochemical microsystem was fabricated. The performance of the microsystem was evaluated through electrochemical characterization and calibration was performed. Once validated, the aforementioned materials and configurations were used for the fabrication of the lab-on-chip devices. The lab-on-chip devices were further used in bioassays to detect the herbicides of interest. Special emphasis was placed on O2 monitoring as indicator of the presence of herbicide, as it is the element the most representative of variations in metabolic activities. A concentration-dependent inhibition effect of the herbicide on photosynthesis was demonstrated. Herbicide detection was achieved with a greater sensitivity and a range covering the limit of maximum acceptable concentration imposed by Canadian government.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les dérivés lipidiques et solubles des inositol phosphates sont largement impliqués dans la signalisation des cellules normales et des cellules cancéreuses. L’étude de ceux-ci est un domaine en pleine expansion et le représentant le plus connu de ces inositol phosphates est l’inositol 1,4,5-trisphosphate (Ins(1,4,5)P3), responsable de la mobilisation calcique mais également point de départ du cycle des inositol phosphates hautement phosphorylés. Au cours de cette thèse, nous avons étudié le rôle des quatre enzymes capables de phosphoryler l’Ins(1,4,5)P3 :les 3 isoenzymes de l’inositol 1,4,5-trisphosphate 3-kinase (Itpk) l’Itpka, l’Itpkb et l’Itpkc clonées dans notre laboratoire, ainsi que l’inositol polyphosphate multikinase (IPMK), dans deux modèles cellulaires :les cellules souches embryonnaires murines (ESCm) ainsi que dans un modèle d’extension des neurites, les cellules PC12 stimulées au NGF.Dans le projet visant à étudier la fonction de ces quatre kinases dans les ESCm, nous avons fait ressortir deux points importants. Premièrement, grâce à l’étude des ESCm IPMK-/-, nous avons mis en évidence le rôle de l’IPMK dans la différenciation des ESCm d’une part en progéniteurs neuronaux et d’autre part en corps embryoïdes. Ces deux types de différenciation montrant une neurogenèse affectée dans les ESCm IPMK-/-. Deuxièmement, nous avons observé une augmentation d’expression de l’Itpkb dans les ESCm différenciées en corps embryoïdes comparé aux ESCm non différenciées.Dans le projet comparant la fonction des quatre kinases au cours de la différenciation des cellules PC12 en neurones sympathiques, nous avons montré que la surexpression de l’Itpka et de l’Itpkb inhibait l’élongation des neurites observées après stimulation des cellules au NGF. Cet effet inhibiteur sur l’élongation des neurites semble être expliqué par une modification de la réorganisation du cytosquelette d’actine induite par le NGF après surexpression de l’Itpka et de l’Itpkb. En conclusion, nous avons démontré que, bien qu’ayant le même substrat et permettant toutes la production d’inositol hautement phosphorylés, ces quatre enzymes pouvaient être différenciées par des fonctions spécifiques qu’elles exercent au sein de la cellule. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Glycogen storage disease type II (GSDII) is an autosomal recessive lysosomal storage disorder caused by acid alpha-1,4-glucosidase (GAA) deficiency. This study aimed to provide an in-depth description of a late-onset GSDII (LO-GSDII) cohort (n=36) and assess potential genotype-phenotype correlation. We performed a clinical record-based study, some patients (n= 19) were also followed prospectively. Phenotypes were highly variable. We focused our clinical assessment onrespiratory failure, as it is the most frequent cause of death in LO-GSDII. In addition to standard spirometric measures, in a subgroup of patients (n = 10) we utilized a new tool, optoelectronic plethysmography (OEP), to investigate the pathophysiology of respiratory muscle impairment.The GAA gene was sequenced in every patient, and pathogenic mutations were identified inall of them. Almost all (35/36) patients carried the same mutation on one allele, IVS1-32-13T>G, which was in compound heterozygosity with a variety of other GAA mutations. To investigate genotype-phenotype correlation, we divided the patient cohort in two groups, according to the severity of the mutation on the second allele. The respiratory function study focused on diaphragmatic weakness. According to the change in forced vital capacity in supine position (ΔFVC), we defined patients with ΔFVC>25% ashaving diaphragmatic weakness (DW) and those with ΔFVC<25% as without diaphragmatic weakness (noDW). We measured pulmonary function and chest wall volumes using OEP inboth groups. We found a good correlation between the supine abdominal contribution to tidal volume (%VAB) and ΔFVC. Patients showed reduced chest wall and abdominal inspiratory capacity and low abdominal expiratory reserve volume. In terms of genotype-phenotype correlation, we counted more subjects in the group with severe second mutations (n=21) who had severe motor disability and respiratory dysfunction. However, this finding remains preliminary because differences were not significant, likely because of small sample size. Finally, in two smaller substudies, we investigated the occurrence of urinary and fecal incontinence in LO-GSDII, and reported a possibly non-fortuitous association of LO-GSDII and hydromyelia in two individuals. Overall, this work 1) provided new insight into genotype-phenotype correlation in GSDII, suggesting that it is of complex nature; 2) refined the analysis of respiratory muscle impairment and showed the utility of OEP for respiratory assessment in this neuromuscular disorder, and possibly in others as well; 3) indicated some so far little studied phenotypic features of LO-GSD-II that deserve further investigation. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les cellules tumorales sont caractérisées par un métabolisme hautement glycolytique à l’inverse des cellules normales qui utilisent préférentiellement un métabolisme oxydatif. Cette adaptation métabolique permet aux cellules d’être moins dépendantes de l’oxygène et favorise les processus d’invasion. D’autres mécanismes associés aux espèces réactives de l’oxygène qui induisent des dommages de l’ADN contribuent à la transformation cellulaire et à l’initiation tumorale. Le transporteur mitochondrial UCP2 est le deuxième membre identifié dans la famille des UCP dont la fonction mitochondriale reste encore mal comprise. Cependant, UCP2 a été impliquée dans un grand nombre de fonctions biologiques telles la régulation de la production de radicaux libres, l’inflammation, la prolifération cellulaire ou encore le métabolisme énergétique. UCP2 est donc un bon candidat pour comprendre le dialogue entre ces événements connus pour favoriser l'initiation, la progression et l'invasion du cancer. Au cours de ma thèse, dans une première partie, nous avons montré que la surexpression d’UCP2 dans différentes lignées de cellules cancéreuses entraîne une diminution de leur prolifération. En effet, les cellules cancéreuses surexprimant UCP2 changent leur métabolisme de la glycolyse vers l’oxydation phosphorylante et deviennent peu tumorigènes. La modification de l’expression des enzymes de la glycolyse et de la phosphorylation oxydative contribue à ce changement métabolique. De plus, la surexpression d’UCP2 augmente la signalisation d’AMPK et diminue l’expression de HIF. UCP2 agit donc dans le contrôle du routage des substrats mitochondriaux. Dans une seconde partie, nous avons étudié si UCP2 joue un rôle dans le développement des tumeurs in vivo en modulant le métabolisme énergétique cellulaire et la production des ROS. Ainsi, nous avons montré in vivo l’impact de l’invalidation du gène Ucp2 (souris Ucp2-/-) dans deux modèles murins de cancer colorectal : un modèle transgénique (souris APCmin/+) et un modèle chimique (azoxyméthane + dextran disulfate (AOM-DSS)). Chez des souris APCmin/+ Ucp2+/+ ou des souris Ucp2+/+ sous traitement AOM-DSS, les tumeurs présentent une augmentation d’expression d’UCP2 par rapport au tissu adjacent non tumoral. L’invalidation du gène Ucp2 dans le modèle APCmin/+ diminue la survie des animaux. Une augmentation du nombre total de tumeurs est observée dans les deux modèles. Ces résultats suggèrent que l’initiation tumorale pourrait être augmentée en absence d’UCP2. / Dysregulation of cellular metabolism has been associated with malignant transformation. Switching from oxidative phosphorylation (OXPHOS) to glycolysis for ATP production allows cancer cells to be less oxygen dependent, thus favoring invasion processes. Effects on metabolism, and more particularly mitochondria metabolism, thus represent a potential therapeutic target for cancer therapy. Uncoupling protein 2 (UCP2) is a member of UCPs, a subfamily of the mitochondrial carriers. The function of UCP2 is still controversial but we recently showed its role in the modulation of cell metabolism. Therefore, UCP2 is a good candidate to address the crosstalk between metabolic alteration and promotion of cancer progression and invasion. We show that cancer cells overexpressing UCP2 shift their metabolism from glycolysis toward oxidative phosphorylation and become poorly tumorigenic. Altered expression of glycolytic and oxidative enzymes underlies the cell metabolic shift. Moreover, UCP2 overexpression is associated with an increased adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) signaling together with a downregulation of hypoxia-induced factor (HIF) expression. In line with our previous observations, UCP2 does not function as an uncoupling protein but rather controls mitochondrial substrate routing. To address UCP2 role in cancer in vivo, we investigate the impact of Ucp2 deletion in two colorectal cancer mice models: a transgenic mice model APCmin/+ and a chemical cancer mice model (azoxymethane + dextran disulfate (AOM-DSS)). These two models are complementary because they allow us to determine if the role of UCP2 in cancer differs in only one genetic background (APC) compared with an inflammatory model (AOM + DSS). We found in those two colorectal cancer models that UCP2 is more expressed in tumors instead of the adjacent healthy mucosa. Deletion of Ucp2 in APCmin/+ mice leads to decrease in animal survival and Ucp2 deletion is associated in both mice models with an increased number of tumors. Altogether the results suggest that tumor initiation could be increased with Ucp2 deletion. UCP2 thus appears as a critical regulator of cellular metabolism with a relevant action against tumor maintenance and malignancy.

Chez les mammifères, deux types de tissu adipeux (TA) sont présents: le TA blanc, qui est l'organe de stockage et de libération des lipides, et le TA brun, qui est un organe spécialisé dans la production de chaleur grâce à l'expression de la protéine découplante mitochondriale UCP1.Chez l'homme, la présence d'un TA brun métaboliquement actif est inversement corrélée à l'obésité et au diabète de type 2. Ce TA brun est composé de deux types distincts de cellules thermogéniques, les adipocytes bruns classiques présents dans des dépôts spécifiques et les adipocytes "brite " (brown-in-white). Chez la souris, les adipocytes " brite " apparaissent dans le TA blanc lors d'une exposition au froid et sont protecteurs contre l'insulinorésistance induite par l'obésité. Ainsi le "brunissement " du TA blanc ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques pour lutter contre les pathologies associées à l'obésité. Toutefois, la capacité des adipocytes blancs humains à acquérir un métabolisme brun/brite reste méconnue. Notre étude cherche donc à identifier les changements moléculaires et métaboliques associés à la conversion d'adipocytes blancs humains différenciés en adipocytes " brite ", après un traitement par des agonistes des récepteurs nucléaires PPARgamma ou PPARalpha. Dans un premier temps, nous avons montré in vitro que les cellules hMADS(adipocytes humains dérivés des cellules souches mésenchymateuses), différenciées en adipocytes blancs sont convertis en adipocytes " brites " par les agonistes PPARgamma et PPARalpha. Ces adipocytes brites ont une activité mitochondriale élevée et expriment la protéine découplante UCP1. Dans un deuxième temps, nous avons mis en évidence que le brunissement s'accompagne d'un profond changement métabolique. La mise en place d'un cycle futile lipolyse/ré-estérification couplé à une augmentation de l'oxydation des acides gras permet de fournir les substrats nécessaires à la thermogenèse mitochondriale. A l'inverse, le transport et l'oxydation du glucose sont diminués notamment suite à l'inhibition de la pyruvate déshydrogénase par la protéine PDK4. A la place le glucose va être dirigé vers la voie de la glycéronéogenèse pour fournir le glycérol-3-phosphate nécessaire à la synthèse des triglycérides. Ainsi, l'ensemble du métabolisme des adipocytes " brite " est réorganisé vers l'utilisation des acides gras comme source principale d'énergie. Enfin, nous avons validé l'implication de PPARalpha dans les mécanismes de brunissement in vivo grâce à l'utilisation de souris dont le gène codant pour PPARalpha a été invalidé. L'induction du brunissement par un agoniste betea3-adrénergique nous a permis de confirmer que PPARalpha est nécessaire à l'expression optimale des gènes thermogéniques et au brunissement du tissu adipeux blanc. L'ensemble de ces données permet d'affirmer que chez l'homme, les adipocytes blancs sont capables de se convertir en adipocytes " brite ". Cette conversion s'accompagne de changements métaboliques qui favorisent l'utilisation intracellulaire des acides gras, ce qui pourrait diminuer leur niveau plasmatique limitant ainsi leur stockage ectopique dans les tissus insulinosensibles. / Two types of adipose tissue are present in mammals, white and brown adipose tissue. White adipose tissue (WAT) is specialized in storage and release of lipids, and brown adipose tissue (BAT) is specialized in energy dissipation as heat through the mitochondrial uncoupling protein 1 (UCP1).In humans,thermogenically-competent brown adipose tissue is negatively associated with body mass index and diabetes. BAT is composed of two distinct types of thermogenic cells, classical brown adipocytes located in specific depots and brite adipocytes (brown-in white). In mice, these cells appear in WAT upon cold exposure and are protective against obesity-induced insulin resistance. Therefore, fighting obesity through "browning" of white adipose tissue emerges as a promising strategy. However, the ability of human white adipocytes to acquire a brown/brite phenotype is not yet understood. Here, we aimed at identifying the molecular and metabolic changes associated with the white-to-brown conversion of human mesenchymal adipose-derived stem (hMADS) cells following treatment by agonists of the nuclear receptor PPARgamma or PPARalpha. First, we demonstrated in vitro that PPARgamma or PPARalpha agonists similarly induce white-to-brown conversion of hMADS cells into brite adipocytes that possess high mitochondrial content and express UCP1. Second, we showed that browning is associated with profound metabolic changes. The lipolytic machinery and fatty acid re-esterification was stimulated by the two treatments, resulting in a futile cycle. These adaptations combined with an increase of fatty acid betaoxidation provide substrates to sustain the high level of mitochondrial thermogenesis. In contrast, glucose uptake and oxidation are decreased through inactivation of the pyruvate dehydrogenase by PDK4. Consequently, glucose-carbons are redirected towards glyceroneogenesis to provide the glycerol-3-phosphate backbone necessary for triglyceride esterification. Thus, brite adipocyte metabolism is modified to promote fatty acid utilization as the main energy source. In order to confirm the involvement of PPARalpha in inducing browning in vivo, we treated mice with inactivation of the PPARalpha gene with a beta3-adrenergic agonist. In subcutaneous WAT, expression of BAT- and brite-specific markers was lower in PPARalpha knock out than in wild type mice, confirming that PPARa is required for WAT browning. Altogether, this study shows that PPARgamma and PPARalpha activation in human white adipocytes promotes browning associated with an increase in fatty acid utilization without enhancement of glucose metabolism. These metabolic changes favor intra-adipose fatty acid utilization and thus could diminish plasma fatty flux for ectopic storage into insulin-sensitive tissues.

Introduction : L’apolipoprotéine E (ApoE) est une protéine membranaire impliquée dans le catabolisme des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Le polymorphisme du gène de l’apolipoprotéine E epsilon 4 (APOE4) est considéré comme le plus grand facteur de risque génétique de la maladie d’Alzheimer tardive. Il est connu que la consommation d’acide gras polyinsaturé oméga 3 (AGPI n-3) serait associée à une diminution du risque de déclin cognitif. L’acide docosahexaénoïque (DHA) est un AGPI n-3 contenu dans les poissons riches en gras. Des résultats publiés par la professeure Mélanie Plourde ont démontré que suite à une diète riche en DHA, la concentration plasmatique en DHA était 3 fois moins élevée chez les porteurs de l’APOE4. Cela laisse supposer que les porteurs d’APOE4 auraient possiblement une perturbation dans l’homéostasie des AGPI n-3 au niveau entérocytaire. Objectif : Déterminer le profil en acides gras (AG) dans le duodénum et le jéjunum selon la diète et le polymorphisme de l’APOE chez le modèle animal murin. Évaluer si la diète et/ou le polymorphisme de l’APOE affectent l’expression protéique des transporteurs d’AG dans le jéjunum chez le modèle animal murin. Matériel et méthodes : Des souris knock-in pour les différentes formes de l’APOE (APOE3 ou APOE4) ont été utilisées. À 4 mois, celles-ci ont reçu pendant 8 mois soit une diète contrôle ou une diète riche en DHA. Après sacrifice des animaux, le duodénum et le jéjunum ont été prélevés. Une extraction des lipides totaux par la méthode de Folch a été effectuée. Le profil en AG a ensuite été réalisé par chromatographie en phase gazeuse. L’expression protéique des transporteurs d’AG entérocytaire a été mesurée par immunobuvardage de type western. Résultats et discussion : Les souris nourries avec la diète DHA avaient une augmentation en DHA dans le duodénum et le jéjunum établissant ainsi que le DHA est bien absorbé par les entérocytes dans ce modèle animal. Le génotype de l’APOE ne semble pas affecter spécifiquement le métabolisme du DHA puisqu’aucune différence significative n’a été observée pour le génotype. Par ailleurs, les souris ayant consommé la diète DHA avaient une diminution en acide arachidonique. Cette diminution semble plus prononcée chez les souris porteuses de l’APOE4, ce qui pourrait suggérer une demande plus importante en DHA chez les souris porteuses de l’APOE4. D’autre part, les souris nourries avec la diète DHA avaient une augmentation significative de l’expression relative des transporteurs d’AG Cd36 et Fabp2. Finalement, le transporteur d’AG Fabp1 tend à être diminué chez les souris porteuses de l’APOE4 Conclusion : Ces résultats suggèrent une possible perturbation dans le transit et l’exportation des AG sous forme de chylomicron plutôt que dans l’absorption de ceux-ci.

Lors de l’obésité, les défauts d’expansion du tissu adipeux blanc sont à l’origine des désordres métaboliques. Lorsque les adipocytes atteignent leurs capacités maximales de stockage de triglycérides, des dépôts ectopiques de lipides apparaissent dans le foie et le muscle conduisant à la résistance à l’insuline. De plus, les adipocytes dysfonctionnels sécrètent des facteurs d’alertes établissant une inflammation dans le tissu adipeux. Cette inflammation est médiée par les communications entre les adipocytes et les cellules immunitaires qui sont contrôlées par l’endocytose et le trafic intracellulaire. L’endocytose et les protéines Rab gouvernant ce processus pourraient être des éléments clés de l’expansion du tissu adipeux. L’équipe a démontré que l’expression de Rab4b était diminuée dans le tissu adipeux de patients obèses diabétiques et de souris obèses. Nos travaux montrent que l’expression de Rab4b est diminuée dans les lymphocytes T du tissu adipeux de souris et de patients obèses. L’invalidation de Rab4b dans les lymphocytes T in vivo induit une résistance à l’insuline et une accumulation d’acides gras dans le foie et dans le muscle sous régime normal. Ces défauts sont dus à une inhibition de l’adipogenèse par l’IL-6 et l’IL-17, limitant l’expansion du tissu adipeux. L’augmentation de ces cytokines pro-inflammatoires est une conséquence de l’augmentation du nombre de lymphocytes Th17 et une diminution des lymphocytes T régulateurs. Nous décrivons un nouveau mécanisme par lequel l’expression de Rab4b dans les lymphocytes T régule les complications métaboliques de l’obésité en changeant les sous-populations de cellules immunitaires dans le tissu adipeux. / Expendability defect of adipose tissue during obesity is at the basis of obesity-related metabolic complications. Indeed, when adipocytes reach their maximal triglyceride storage capacity, ectopic lipid depots are appearing in liver and muscles, leading to insulin resistance. Moreover, dysfunctional adipocytes secrete alarming factors leading to adipose tissue inflammation. This inflammation is sustained by adipocytes and immune cells communications that are controlled by endocytosis and intracellular trafficking. Endocytosis and its governing proteins, the Rab GTPases, could be pivotal in the regulation of adipose tissue expandability. Our team has demonstrated that Rab4b expression is reduced in obese diabetic patients and mice adipose tissues. The present work demonstrates that Rab4b is decreased in adipose tissue T cells in both obese patient and mice. The depletion of Rab4b in T cells in vivo leads to insulin resistance and lipid accumulation in liver and muscles under normal diet. These defects are due to adipogenesis inhibition by IL-6 and IL-17, which limits adipose tissue expansion. These pro-inflammatory cytokines are increased in adipose tissue of the mice depleted for Rab4b in T cells because the number of Th17 is increased at the expense of the number of regulatory T cells. We describe here a new mechanism in which Rab4b expression in T cells control obesity-related metabolic complications by tuning T cells subpopulations in adipose tissue.

Le but de ce travail de thèse a été de développer à MIRC en une capacité à observer deux aspects clefs du métabolisme cérébral chez le rongeur par spectroscopie RMN des noyaux X : le métabolisme mitochondrial du glucose à partir de l’observation du 13C et la synthèse d’ATP par observation du 31P. Ces développements s’inscrivent à la fois dans une recherche fondamentale pour améliorer notre compréhension du signal RMN et raffiner son analyse ainsi que du métabolisme cérébral chez les sujets sains. Ils s’inscrivent aussi dans une recherche translationnelle avec la possibilité d’évaluer certains aspects du métabolisme comme potentiels biomarqueurs de maladies neurodégénératives. Ces travaux ont pu être réalisés à très haut champ (11.7T) permettant d’obtenir un meilleur rapport signal à bruit. Dans un premier temps, nous présenterons le développement d’une séquence de transfert de saturation pour la mesure des flux de synthèse d’adénosine triphosphate (ATP) et de phosphocréatine (PCr). Cette séquence a été optimisée pour sélectionner avec un module de localisation ISIS le signal émis par le cerveau uniquement. Avec l’augmentation de la résolution spectrale à haut champ, cette séquence a pu être utilisée pour caractériser le phosphate inorganique extracellulaire, et prévenir un biais de quantification possible à plus bas champ. De plus, elle a permis l’observation de l’adaptation du métabolisme cérébral chez les rats transgéniques BACHD, modèles de la maladie de Huntington. Ces rats présentent une augmentation d’environ 10% de la concentration de PCr permettant de pallier à leur plus faible taux de synthèse d’ATP qui lui est diminué de moitié. Dans un second temps, la mise en place d’un pipeline automatisé d’analyse des données a permis d’explorer le modèle métabolique bicompartimental de la consommation de glucose observée en spectroscopie 13C, qui prend en compte le cycle de Krebs dans les neurones et les astrocytes. Deux corrections majeures ont été apportées au modèle traditionnel permettant d’expliquer les dynamiques à moyen et long termes. La première est la mise en évidence d’un pool de glutamate vésiculaire agissant comme tampon temporel au marquage du glutamate, la seconde est la présence d’une dilution 6 fois plus importante de pyruvate vers les astrocytes que vers les neurones. Ces résultats viennent renforcer les hypothèses entourant le couplage métabolique entre ces deux types cellulaires. Ces hypothèses ont pu être testées après l’optimisation d’une séquence d’acquisition du signal RMN des noyaux 13C par transfert de polarisation (DEPT), testée in vivo dans le cerveau du rat sain. Finalement, l’utilisation combinée de la spectroscopie 31P et 13C a été appliquée chez le rat sous intoxication chronique au 3-NP, une toxine inhibant le cycle de Krebs et utilisée comme modèle de la maladie de Huntington. / The aim of this thesis was to develop at MIRCen new capabilities to observe two key aspects of energy metabolism in rodent brains using X nuclei NMR spectroscopy: glucose consumption with 13C spectroscopy and adenosine triphosphate (ATP) synthesis with 31P measurements. These developments will be used to both expand general understanding of brain metabolism in healthy subjects but also provide technical tools to search for biomarkers in translational projects of drug development applied to neurodegenerative diseases. This work was done at very high field (11.7T) where signal to noise could be maximized. In the first part, we present the optimization of saturation transfer sequence to measure ATP synthesis rate as well as phosphocreatine (PCr) synthesis rate. With ISIS module, the signal was localized to a voxel containing only the brain, eliminating outside source of signal. With the higher spectral resolution offered by high fields, a second, extracellular pool of Pi was characterized which could prevent possible biases in flux quantification of ATP synthesis. This sequence was also applied to measure metabolic adaptation of BACHD rat models (models of Huntington’s disease, HD) where it was found that the 10% increase in PCr concentration could palliate the ATP synthase activity that is halved in this model. In the second part, we present how deeper analysis of 13C data using automatic differential equation writing script was used to better understand the bicompartmental model of glucose degradation to glutamate and glutamine, which accounts for TCA cycle in neurons and astrocytes. Two major corrections were made to the traditional model, to fit mid- and long-term unexplained dynamics. Looking at glutamate and glutamine isotopomer labeling dynamics, the necessity of adding a vesicular glutamate temporal buffer was made evident. The distinction between astrocytic and neuronal pyruvate dilution also showed that astrocytes use up to 6 times more pyruvate than neurons showing intricate metabolic coupling between the two cell types. These results have then been tested in vivo after optimization of the ISIS-DEPT sequence to observe 13C labeling in the rat brain. Finally, experiments combining 31P and 13C spectroscopy were performed on rats chronically intoxicated with 3-NP, a toxin inhibiting TCA cycle which is used as a model of HD.